CN103534485A - 具有加压辊穴的流体装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于对流体装置的排代组件的辊穴加压的方法包括提供具有排代组件的流体装置。排代组件包括限定出中心孔和围绕中心孔设置的辊穴的环状件。辊设置在辊穴中。转子设置在中心孔中。环状件、辊和转子限定出多个膨胀和收缩的容积室。流体被从流体装置的第一口和流体装置的第二口传送到每个辊穴，使得当紧接在其中一个辊穴的前面的容积室和紧接在那个辊穴的后面的容积室二者都与第一口和第二口中的一者流体连通时，那个辊穴与第一口和第二口的另一者流体连通。

Description

具有加压辊穴的流体装置
与相关申请的交叉参考
本申请在2011年10月28日以Eaton公司，一家美国国内公司的名义作为PCT国际专利申请提出，Eaton公司作为指定除美国之外的所有国家的申请人，及仅把美国公民Jay P.Lucas和美国公民Timothy I.Meehan作为指定美国的申请人，并请求对2010年10月29日提出的美国专利申请序号NO.61/408318的优先权，其公开内容整个包括在本文中作为参考文献。
技术领域
本发明一般地涉及流体（液压）泵/马达。更具体地说，本发明涉及绕转/沿轨道运行的齿轮转子（gerotor）类型的流体泵/马达。
背景技术
绕转的齿轮转子马达包括一组具有固定的外环齿轮和旋转的内齿轮（亦即，转子）的匹配齿轮。将内齿轮耦合到输出轴上以能把转矩从内齿轮传递到轴上。外环齿轮具有比内齿轮多一个的齿。转换器阀板以与内齿轮相同的速率旋转。转换器阀板将驱动流体压力和储罐流体压力提供给在内齿轮和外齿轮之间选定的排量室/排代室来使内齿轮相对于外齿轮旋转。某些齿轮转子马达设计成具有结合到内齿轮和外齿轮之间的排量室中的辊。这种类型马达的例子是由Eaton公司销售的
Figure BDA00003124888400011
液压马达。在该设计中，辊减小了磨损和摩擦，因而能在更高压力应用下有效地使用马达。尽管这些辊提供了增加的效率和摩擦作用减小，但在该领域中进一步改善是所希望的。
发明内容
本发明的一方面涉及一种流体装置。该流体装置包括阀构件，该阀构件限定出与流体装置的第一流体口流体连通的第一组多个流体通道和与流体装置的第二流体口流体连通的第二组多个流体通道。排代（displacement）组件与阀构件转换（commutating）流体连通。排代组件包括环状件，该环状件限定出中心孔和围绕中心孔设置的多个辊穴。多个辊设置在所述多个辊穴中。转子设置在中心孔中。环状件、所述多个辊和转子限定出多个膨胀和收缩的容积室。流体被传送到每个辊穴，使得当紧邻其中一个辊穴的容积室与第一口和第二口中的一者流体连通时，那个辊穴与第一口和第二口中的另一者流体连通。
本发明的另一方面涉及一种流体装置。该流体装置包括限定出第一流体口和第二流体口的阀壳体。阀构件设置在阀壳体中。阀构件限定出与第一流体口流体连通的第一组多个流体通道和与第二流体口流体连通的第二组多个流体通道。阀构件具有第一轴向端。阀板具有与阀构件的第一轴向端接触的阀表面。阀板限定出多个转换通道和多个凹部。转换通道与阀构件的第一组和第二组多个流体通道转换流体连通。排代组件与阀构件转换流体连通。排代组件包括环状件，该环状件限定出中心孔和围绕中心孔设置的多个辊穴。多个辊设置在所述多个辊穴中。转子设置在中心孔中。环状件、所述多个辊和转子限定出多个膨胀和收缩的容积室。在转子的运动期间，来自第一口和第二口的流体被传送到每个辊穴，使得当紧接在其中一个辊穴之前的容积室和紧接在那个辊穴之后的容积室二者都与第一口和第二口中的一者流体连通时，那个辊穴与第一口和第二口中的另一者流体连通。
本发明的另一方面涉及一种用于对流体装置的排代组件的辊穴加压的方法。该方法包括提供具有排代组件的流体装置。排代组件包括环状件，该环状件限定出中心孔和围绕中心孔设置的多个辊穴。多个辊设置在所述多个辊穴中。转子设置在中心孔中。环状件、所述多个辊和转子限定出多个膨胀和收缩的容积室。将流体从流体装置的第一口和流体装置的第二口传送到每个辊穴，使得当紧接在其中一个辊穴之前的容积室和紧接在那个辊穴之后的容积室二者都与第一口和第二口中的一者流体连通时，那个辊穴与第一口和第二口中的另一者流体连通。
将在后面的说明书中陈述多种附加方面。这些方面能涉及单独的特征和特征的组合。应该理解，上面的概括说明和下面的详细说明仅是示例性的和解释性的，而不是限制本文所公开的实施例所基于的宽泛概念。
附图说明
图1是具有按照本发明原理的各方面的示例性特征的流体装置的透视图。
图2是图1的流体装置的剖视图。
图3是适合于在图1的流体装置中使用的排代组件的透视图。
图4是图3的排代组件的前视图。
图5是适合于与图4的排代组件一起使用的环状件的前视图。
图6是适合于在图1的流体装置中使用的阀构件的第一轴向端的视图。
图7是在图6的线7-7上所取的阀构件的剖视图。
图8是在图6的线8-8上所取的阀构件的剖视图。
图9是适合于在图1的流体装置中使用的阀板的阀表面的视图。
图10是阀板的环表面的视图。
图11是在图10的线11-11上所取的阀板的剖视图。
图12是图5的环状件的辊穴的放大的局部视图。
图13是在图4的排代组件的辊穴中的辊的放大的局部视图。
图14是在阀构件、阀板和排代组件之间的流体连通的示意图。
具体实施方式
现在将详细说明在附图中示出的本发明的示例性方面。在任何可能的地方，全部附图中都用相同的标号来表示相同或类似的结构。
现在参见图1和图2，该图1和2示出流体装置10。尽管流体装置10能用作流体泵或流体马达使用，但本文将把流体装置10作为流体马达说明。
在所示的实施例中，流体装置10包括安装板12、排代组件14、阀板16和阀壳体18。尽管在图1和2中把流体装置10示出为具有无轴承构造，但可选择地能把流体装置10构造为包括输出轴。
流体装置10包括第一轴向端20和相对设置的第二轴向端22。在所示的实施例中，安装板12设置在第一轴向端20处，而阀壳体18设置在第二轴向端22处。排代组件14设置在安装板12和阀壳体18之间。阀板16设置在排代组件14和阀壳体18之间。
安装板12、排代组件14、阀板16和阀壳体18通过多个紧固件24（例如，螺栓、螺钉等）保持处于紧密密封接合。在所示的实施例中，紧固件24与安装板12中的带螺纹的开口25螺纹接合。
现在参见图2-5，在该图2-5中示出排代组件14。排代组件14包括环组件26和转子28。
环组件26包括环状件30和多个辊32。在所示的实施例中，环状件30相对于流体装置10在旋转方面固定。环状件30用第一材料制造。在一个实施例中，第一材料是延性铁。在另一个实施例中，第一材料是灰铸铁。在另一个实施例中，第一材料是钢。环状件30包括大致垂直于环状件30的中心轴线36的第一端面34和相对设置的第二端面38。环状件30具有从第一端面34到第二端面38测量的宽度W。
环状件30限定出一延伸穿过第一和第二端面34、38的中心孔40。环状件30还限定出围绕中心孔40对称设置的辊穴42。在所示的实施例中，环状件30包括9个辊穴42。在另一个实施例中，环状件30包括7个辊穴42。每个辊穴42都限定一辊表面44。辊表面44是部分圆筒形形状。在所示的实施例中，每个辊表面44都延伸一小于或等于约180度的圆周角向距离。每个辊表面44都适合于与其中一个辊32滑动接合。
各辊32被设置在环状件30的辊穴42中。每个辊30都限定出对应辊30绕其旋转的中心轴线46。每个辊32都包括第一端面48、相对设置的第二端面50以及在第一和第二端面48、50之间延伸的外表面52。外表面52总体是圆筒形形状。每个辊32都具有从第一端面48到第二端面50测量的宽度。辊32的宽度小于环状件30的宽度W。
排代组件14的转子28偏心式设置在环组件26的中心孔40中。转子28用第二材料制造。在一个实施例中，第二材料与第一材料不同。在一个实施例中，第二材料是钢。转子28包括第一端表面54和相对设置的第二端表面56。
转子28包括在第一和第二端表面54、56之间延伸的多个外端部58和多个内部花键60。在所示的实施例中，转子28上的外端部58的数量比环组件26中的辊32的数量少一个。转子28适合于围绕环状件30的中心轴线36绕转（orbit）并在环组件26的中心孔40中围绕转子28的轴线62旋转。转子28围绕轴线62每转动完整的一圈，转子28绕环状件30的中心轴线36绕转N次，此处N等于转子28的外端部58的数目。在所示的实施例中，对于转子28每次完整的旋转，转子28绕转8次。
环组件26和转子28的外端部58协同限定出多个容积室64。随着转子28绕转和在环组件26中旋转，容积室64膨胀和收缩。
现在参见图2，流体装置10包括主驱动轴66。主驱动轴66包括具有第一组外部花键70的第一端68和相对的具有第二组外部花键74的第二端72。在所示的实施例中，第一和第二组外部花键70、74隆起。转子28的内部花键60与第一组外部花键70接合。第二组外部隆起的花键74适合于与顾客供应输出装置（例如，轴，联接器等）的内部花键接合。
在所示的实施例中，转子28的内部花键60还与阀驱动装置80的第一端78上所形成的第一组外部花键76接合。阀驱动装置80包括相对设置的具有第二组外部花键84的第二端82。第二组外部花键84与围绕可旋转地设置在阀壳体18的阀孔90中的阀构件88的内周边形成的一组内部花键86接合。阀驱动装置80与转子28和阀构件88花键接合以便在转子28和阀构件88之间保持合适的定时。
现在参见图2和6-8，阀构件88示出为属于盘式阀类型。在可选择的实施例中，阀构件88可属于滑阀类型或星形阀（valve-in-star）类型。在所示的实施例中，阀构件88包括第一轴向端92、相对设置的第二轴向端94和在第一与第二轴向端92、94之间延伸的圆周表面96。阀构件88限定出第一组多个流体通道98和第二组多个流体通道100。所述第一组和第二组多个流体通道98、100交替设置在阀构件88中。所述第一组多个流体通道98中的每一者都在阀构件88的第一轴向端92处具有第一开口102。所述第二组多个流体通道100中的每一者都在阀构件88的第一轴向端92处具有第二开口104。所述第一组多个流体通道98提供第一轴向端92和圆周表面96之间的流体连通。所述第二组多个流体通道100提供第一轴向端92和第二轴向端94之间的流体连通。
现在参见图1和图2，阀壳体18限定出第一流体口106和第二流体口108。第一流体口106与阀壳体18的阀孔90流体连通。第二流体口108与邻近阀孔90设置的环形腔110流体连通。
阀构件88的第一组多个流体通道98与阀孔90流体连通。第二组多个流体通道100与环形腔110流体连通。
阀座机构112将阀构件88偏压向阀板16的阀表面114以便阀构件88的第一轴向端92接触阀板16的阀表面114。在美国专利No.7530801中已经说明了一种适合于与流体装置10一起使用的阀座机构，该专利整体包括在本文中作为参考文献。
现在参见图2和9-11，在图2和9-11中示出阀板16。阀板16包括阀表面114和相对设置的环表面116。
阀板16限定出多个转换通道118。转换通道118的数量等于排代组件14中的容积室64的数量。在所示的实施例中，转换通道118的数量等于9。转换通道118贯穿阀板16的阀表面114和环表面116。每个转换通道118都包括在阀表面114处的阀开口120和在环表面116处的容积室开口122。在所示的实施例中，当阀板16设置在流体装置10中时，转换通道118与排代组件14的容积室64对准。每个转换通道118都适合于提供在阀构件88的第一和第二组多个流体通道98、100与对应的容积室64之间的转换流体相通。
阀板16还限定出多个凹部124。每个凹部124都包括在阀板16的阀表面114处的开口126。在所示的实施例中，凹部124不贯穿环表面116。凹部124和转换通道118交替设置在阀板16的阀表面114上。
随着阀构件88旋转，阀构件88的第一轴向端92以旋转运动靠着阀板16的阀表面114滑动。阀构件88和阀板16提供至排代组件14的容积室64的转换流体连通。当流体装置10作为流体马达运行时，加压流体通过阀构件88和阀板16之间的转换流体连通进入容积室64。排代组件14的容积室64中的加压流体产生致使转子28在环组件26中旋转并绕转的转矩。随着转子28在环组件26中旋转并绕转，主驱动轴66旋转。
起动转矩是为了确定流体装置的起动能力而测量的数值。起动转矩是流体马达在启动时响应于容积室中的加压流体而产生的转矩量。通常，起动转矩小于流体马达的运行转矩。起动转矩受流体马达的机械效率影响。
现在参见图2，6-8和11-13，示出了流体装置10的加压辊穴系统150。加压辊穴系统150适合于在起动时增加流体装置10的机械效率并因而增加流体装置10的起动转矩效率（定义为测得的起动转矩除以理论起动转矩）。
排代组件14的环状件30的每个辊穴42都限定出一沟槽152。在一个实施例中，沟槽152延伸越过辊32的长度的至少一部分。在另一个实施例中，沟槽152延伸越过辊32的长度。在另一个实施例中，沟槽152贯穿环状件30的第一和第二端面34、38。沟槽152包括在辊表面44处的开口。在所示实施例中，沟槽152大致与辊穴42中具有距中心孔40的中心轴线36最大径向距离的部位对准。
在所示的实施例中，沟槽152取弧形形状。在目标实施例中，沟槽152具有比辊穴42的半径小的半径。当辊32设置在辊穴42中时，沟槽152提供在辊32和辊穴42之间的间隙空间154。间隙空间154适合于接收流体。
现在参见图6-8和13，流体装置10包括提供阀板16中的流体凹部124和沟槽152之间的流体连通的多个流体通道156。在所示的实施例中，流体通道156设置在阀板16中。流体通道156贯穿流体凹部124和环表面116。每个流体通道156都包括在流体凹部124处的第一开口158和在环表面116处的第二开口160。在所示的实施例中，流体通道156的第二开口160与在环状件30的第一端面34处的间隙空间154对准。
在所示的实施例中，每个流体通道156都包括节流部162。节流部162是内径小于流体通道156的内径的固定孔口。节流部162尺寸设计成使得当流体装置10在速度阈值之上运行时显著地限制通过流体通道156的流体流动。在一个实施例中，速度阈值小于或等于每分钟约10转（RPM）。在另一个实施例中，速度阈值小于或等于约5RPM。在另一个实施例中，速度阈值在约3RPM至约5RPM的范围内。
现在参见图2、4、6、8、12和13，将说明流体装置10的加压辊穴系统150的操作。在起动流体装置10时，加压流体穿过流体通道156的一部分进入间隙空间154中。加压流体作用在辊32上并将辊32推离辊穴42的辊表面44。加压流体在辊穴42的辊表面44和辊32之间提供一润滑层。在辊32从辊穴42的辊表面44被向外推动的情况下和润滑层被设置在辊穴42的辊表面44和辊32之间的情况下，辊32能围绕辊32的中心轴线46旋转。与其中在起动期间辊不旋转的常规流体马达的机械效率相比，在流体装置10的起动期间辊32围绕辊32的中心轴线46的这种旋转增加了流体装置10的机械效率。
随着流体装置10继续操作，当流体装置10的速度增加到高于速度阈值时流体通道156的节流部162变得饱和。当节流部变得饱和时，流体通道156和沟槽152之间的流体连通基本上被堵塞。当流体装置10的速度增加到高于速度阈值时，不需要通过流体通道156供应的沟槽152中的加压流体，因为辊32将在辊穴42中绕它们的中心轴线46旋转。
现在参见图1、2、3、6-8、11、13和14，将说明流体的转换（commutation）。图14的流体转换图示出了阀构件88的第一组和第二组多个流体通道98、100的第一和第二开口102、104与阀板16中的多个转换通道118和多个凹部124之间的交界。流体转换图还示出排代组件14。
第一和第二开口102、104交替设置在阀构件88的第一轴向端92上。第一开口102与阀壳体18的第一口106流体连通，而第二开口104与阀壳体18的第二口108流体连通。在一个示例中，第一口108接收来自流体源（例如，流体泵）的流体，而第二口108将流体传送到流体储器（例如，箱）中。
当阀构件88旋转时，第一和第二开口102、104提供流体给阀板16中的转换通道118和凹部124，转换通道118提供流体给容积室64，而凹部124提供流体给沟槽152。在所示的实施例中，阀板16的每个转换通道118在转子28的单次绕转期间与第一和第二开口102、104流体连通，而每个凹部124在转子28的所述单次绕转期间与第一和第二开口102、104流体连通。
当各容积室64与转换通道118流体连通并且各沟槽152与凹部124流体连通时，每个容积室64和沟槽152在转子28的单次绕转期间与第一和第二口106、108流体连通。当紧接在一辊穴42前面的容积室64和紧接在该辊穴42后面的容积室64（下文称之为紧邻该辊穴42的容积室64）二者都与第一和第二口106、108的其中之一流体连通时，那个辊穴42的沟槽152与第一和第二口106、108中的另一个流体连通。因此，当紧邻该辊穴42的容积室64二者都接收来自第一和第二口106、108的其中之一的流体时，那个辊穴42的沟槽152接收来自第一和第二口106、108中的另一个的流体。
当紧邻辊穴42的容积室64经受高压下的流体（例如，来自第一口106的流体）时，则转子28被推离那个辊穴42中的辊32。因此，不需要将高压下的流体提供给该辊穴42的沟槽152。然而，当紧邻辊穴42的容积室64经受低压下的流体（例如，来自第二口108的流体）时，则转子28被作用在转子28的另一侧上的高压流体推入那个辊穴42的辊32中。因此，为了增加机械效率，将高压下的流体传送到那个辊穴42的沟槽152中。
在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本发明的不同修改和变换对本领域的技术人员来说将变得显而易见，并应该理解，本发明的范围不会不适当地局限于本文陈述的示例性实施例。

Claims (20)

1.一种流体装置，包括：
阀构件，所述阀构件限定出与所述流体装置的第一流体口流体连通的第一组多个流体通道和与所述流体装置的第二流体口流体连通的第二组多个流体通道；
与所述阀构件转换流体连通的排代组件，所述排代组件包括：
环状件，所述环状件限定出中心孔和围绕所述中心孔设置的多个辊穴；
设置在所述多个辊穴中的多个辊；
设置在所述中心孔中的转子，其中所述环状件、所述多个辊和所述转子限定出多个膨胀和收缩的容积室；并且
其中流体被传送到每个辊穴，使得当紧邻其中一个辊穴的容积室与所述第一和第二流体口中的一者流体连通时，那个辊穴与所述第一和第二流体口中的另一者流体连通。
2.如权利要求1所述的流体装置，其中每个辊穴都包括流体被传送至其中的沟槽。
3.如权利要求2所述的流体装置，其中所述沟槽延伸跨越所述辊穴的长度。
4.如权利要求2所述的流体装置，其中所述沟槽具有比所述辊穴的半径小的半径。
5.如权利要求1所述的流体装置，还包括阀板，所述阀板限定出与所述容积室流体连通的多个转换通道和与所述辊穴流体连通的多个流体通道。
6.如权利要求5所述的流体装置，其中所述流体通道包括设置在阀表面处的第一开口和设置在所述阀板的环表面处的第二开口。
7.如权利要求5所述的流体装置，其中每个所述流体通道都包括节流部。
8.如权利要求7所述的流体装置，其中所述节流部是当所述流体装置的速度大于速度阈值时基本上堵塞到辊穴的流体连通的固定孔口。
9.如权利要求8所述的流体装置，其中所述速度阈值小于或等于每分钟约5转。
10.如权利要求5所述的流体装置，其中所述阀板限定出多个凹部，所述多个转换通道和所述多个凹部交替设置在所述阀板中，所述流体通道与所述多个凹部流体连通。
11.一种流体装置，包括:
限定出第一流体口和第二流体口的阀壳体；
设置在所述阀壳体中的阀构件，所述阀构件限定出与所述第一流体口流体连通的第一组多个流体通道和与所述第二流体口流体连通的第二组多个流体通道，所述阀构件具有第一轴向端；
阀板，其具有与所述阀构件的所述第一轴向端接触的阀表面，所述阀板限定出多个转换通道和多个凹部，所述转换通道与所述阀构件的所述第一组和第二组多个流体通道转换流体连通；
与所述阀构件转换流体连通的排代组件，所述排代组件包括：
环状件，所述环状件限定出中心孔和围绕所述中心孔设置的多个辊穴；
设置在所述多个辊穴中的多个辊；
设置在所述中心孔中的转子，所述转子适合于在所述环状件的中心孔中旋转并绕转，其中所述环状件、所述多个辊和所述转子限定出多个膨胀和收缩的容积室；并且
其中在所述转子的运动期间来自所述第一和第二流体口的流体被传送到每个辊穴，使得当紧接在其中一个辊穴的前面的容积室和紧接在那个辊穴的后面的容积室皆与所述第一和第二流体口中的一者流体连通时，那个辊穴与所述第一和第二流体口中的另一者流体连通。
12.如权利要求11所述的流体装置，其中每个辊穴都包括流体被传送至其中的沟槽。
13.如权利要求12所述的流体装置，其中所述沟槽延伸跨越所述辊穴的长度。
14.如权利要求11所述的流体装置，其中所述阀板限定出与所述辊穴流体连通的多个流体通道。
15.如权利要求11所述的流体装置，其中每个所述流体通道都包括节流部。
16.如权利要求15所述的流体装置，其中所述节流部是当所述流体装置的速度大于速度阈值时基本上堵塞到辊穴的流体连通的固定孔口。
17.如权利要求16所述的流体装置，其中所述速度阈值小于或等于每分钟约5转。
18.一种用于对流体装置的排代组件中的辊穴加压的方法，所述方法包括：
提供具有排代组件的流体装置，所述排代组件包括：
环状件，所述环状件限定出中心孔和围绕所述中心孔设置的多个辊穴；
设置在所述多个辊穴中的多个辊；
设置在所述中心孔中的转子，其中所述环状件、所述多个辊和所述转子限定出多个膨胀和收缩的容积室；
将来自所述流体装置的第一口和所述流体装置的第二口的流体传送到每个辊穴，使得当紧接在其中一个辊穴的前面的容积室和紧接在那个辊穴的后面的容积室皆与所述第一和第二口中的一者流体连通时，那个辊穴与所述第一和第二口中的另一者流体连通。
19.如权利要求18所述的方法，还包括当所述流体装置的转速超过速度阈值时限制被传送到所述辊穴的流体。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述速度阈值小于或等于每分钟约5转。
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